JP2002090665A - 光スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 充分な自己保持力を確保するために、出力用
光ファイバー固定部材と可動部材間の間隙を狭小化し両
部材間の磁気吸引力を増加させても可動部材の傾斜を防
止し、低挿入損失の光スイッチを提供する。 【解決手段】 基板と、前記基板に設けられた光ファイ
バを固定するための固定部材と、前記固定部材に固着さ
れた弾性変形可能な伝送用の光ファイバと、前記固定部
材に対して前記光ファイバを梁とした片持ち梁構造とな
るように設けられた軟磁性材料からなる可動部材と、前
記可動部材を揺動させるための磁気アクチュエータと、
を少なくとも有し、前記可動部材が揺動運動することで
光送信の切替を行う光スイッチにおいて、前記光ファイ
バの固着面に対し、裏面側の前記固定部材と前記可動部
材間に橋絡した防止部材を設けることを特徴とする光ス
イッチ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は伝送媒体を用いて伝
送された情報を複数の経路にスイッチングする光スイッ
チに係わり、特に波長多重伝送（WDM：wavelength divi
sion multiplexing）方式の伝送媒体に好適な光スイッ
チに関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信の発達に伴って、光ファイバー通
信網はより長い光路と複雑な分岐を持つようになった。
このような環境では光通信装置や光伝送装置内におい
て、回線間で光ファイバーの光路（伝送経路）を切り替
える用途が増大し、多くの光スイッチが用いられてい
る。光スイッチを切替方式でみると、電気的あるいは光
学的に光路の屈折率や位相を変化させて光の進行方向を
切り替える方式のものや、機械的に光路を移動させて光
の進行方向を切り替える方式のもの等が開発されてい
る。精密な駆動を実現する低損失な光スイッチとして
は、後者の機械式光スイッチが有望である。光スイッチ
を分岐の数でみると、１本の入力光ファイバを２本の出
力光ファイバで切り替える１×２型光スイッチや、多数
の光ファイバの端面を対向させた１×ｍ型光スイッチあ
るいはｎ×ｍ型光スイッチ等がある。また、切替の目的
は、通常の回線切替の他に、断線した伝送経路を別の断
線していない経路に切り替える障害復旧用途や、建物内
や地域内の光通信ネットワークの回線を切り替える保守
点検用途等にも用いられている。

【０００３】従来の光スイッチとして、光ファイバを位
置決め固定した２個のプラグをつき合わせて接続し、一
方のプラグを他方のプラグに対して平行移動させて光路
を切り替える光スイッチ等がある。プラグを精密に平行
移動させる手段としてはガイドピンとガイドピンを保持
する穴と、ガイドピンを内部でスライドさせる穴を設け
る技術等が用いられている。

【０００４】また、上記の各部材を互いに揺動させる手
段として特開平１０−２６８２１２号公報には、片持ち
梁構造を内部に有する基板と、前記基板上の片持ち梁の
先端に固定され、内部に台形状の溝を有する入力用光フ
ァイバー固定部材と、前記基板上の前記入力用光ファイ
バー固定部材に対向する位置に固定され、前記台形状の
溝の中に挿入される位置決めピンを有する出力用光ファ
イバー固定部材と、前記入力用光ファイバー固定部材に
固定された入力用光ファイバーと、前記出力用光ファイ
バー固定部材に固定された出力用光ファイバーと、前記
入力用光ファイバー固定部材を移動させるための駆動力
発生部材と、を有することを特徴とする光スイッチが記
載されている。このような構成にすることにより、複雑
な組立工程無しに製造できる光スイッチを提供すること
ができる。本公報に於いては光伝送のための光ファイバ
を、可動部材の梁にも兼用する構成としている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記公報における磁気
アクチュエータは、可動部材の揺動と揺動後の可動部材
を揺動方向に自己保持させる二つの機能を有している。
後者は光スイッチの信頼性に関わる重要な要素であり、
その自己保持力は衝撃加速度で定義され一般的に１００
Ｇ以上の値が要求されている。しかしながら、本公報に
おける磁気アクチュエータにおいて目標の自己保持力を
満足しないものが散見された。

【０００６】前記公報における磁気アクチュエータの自
己保持力低下要因の一つとして、出力用光ファイバー固
定部材側から可動部材側に向かって流れる磁束量の低下
が上げられる。これは出力用光ファイバー固定部材と可
動部材間の間隙に依存し、間隙が拡大するほど磁束量は
低下する。目標の自己保持力を得るために、出力用光フ
ァイバー固定部材と可動部材間の間隙を狭小化し磁束量
の増加を図った結果、新たな問題が発生した。すなわ
ち、磁束量の増加に伴って出力用光ファイバー固定部材
と可動部材間の磁気吸引力が増加し、可動部材が出力用
光ファイバー固定部材側に傾斜し易くなった。その様子
を図８に示す。可動部材が傾斜すると可動部材に固着さ
れている入力用ファイバーも傾斜するため、出力用光フ
ァイバーとの位置ずれが発生し、その結果挿入損失が増
加することが判明した。この原因は、可動部材が片持ち
梁の構造であることから回転モーメントが発生し易いこ
とにある。

【０００７】本発明の目的は、充分な自己保持力を確保
するために、出力用光ファイバー固定部材と可動部材間
の間隙を狭小化し両部材間の磁気吸引力を増加させても
可動部材の傾斜を防止し、低挿入損失の光スイッチを提
供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の光スイッチは、
基板２７と、前記基板２７に設けられた光ファイバを固
定するための固定部材２３と、前記固定部材２３に固着
された弾性変形可能な光ファイバ４１と、前記固定部材
２３に対して前記光ファイバ４１を梁とした片持ち梁構
造となるように設けられた軟磁性材料からなる可動部材
２９と、前記可動部材を揺動させるための磁気アクチュ
エータと、を少なくとも有し、前記可動部材２９が揺動
運動することで光送信の切替を行う光スイッチにおい
て、前記固定部材２３から前記可動部材２９にかけて橋
絡して前記可動部材２９の傾斜を防止するための防止部
材６０を設けたことを特徴とする。前記番号は図１、２
に対応している。各部材の光ファイバー固着面の裏面に
防止部材を設けることで確実に可動部材の傾斜を抑制す
ることが可能である。

【０００９】伝送用光ファイバー４１が固着された固定
部材２３ならびに可動部材２９において、伝送用光ファ
イバー４１の固着面の裏面に固定部材２３から可動部材
２９に橋絡した防止部材６０の模式図を図２に示す。防
止部材６０の張力によって可動部材２９の傾斜（θ）を
抑制できる。よって防止部材６０は固定部材２３と可動
部材２９の間で常に張力を働かせるように橋絡すること
が望ましい。

【００１０】さらに、前記光スイッチは防止部材６０に
伝送用の光ファイバ４１と同じ光ファイバを用いれば部
品の種類を減らせるためコスト的に好ましい。また伝送
用のものと同材質の光ファイバを使用すれば信頼性の低
下も防止できる。

【００１１】また、前記防止部材として光ファイバを用
いる場合、可動部材２９に追従して一端が揺動するた
め、こちらの防止部材６０も図３の如く入出力用伝送部
品の役割を兼ねさせた光ファイバとして使用することも
可能である。この場合は全ての光ファイバが入出力光伝
送用であり、かつ可動部材の傾斜を防止するための防止
部材として働く。例えば図３に示すように揺動面に対し
て上下に光ファイバを設け、かつ前記光ファイバに対向
するように入出力用の光ファイバ３４ａ，ｂを設ければ
揺動面の垂直方向に複数の切り換え部が具備されること
になり、1つの磁気アクチュエータでも複雑な切替が可
能である。

【００１２】防止部材の光ファイバ本数は伝送用の光フ
ァイバ本数に対して同数かそれ以下とすることが好まし
い。伝送用の光ファイバの本数よりも多いと、防止部材
の弾性が強くなり可動部材の応答性を悪化させる。図５
〜７は図２でのＡ−Ａ断面から見た可動部材と基板であ
る。図５のように下側に２本、上側は１本の計３本を同
期で切り換える光スイッチとしてもよいが、上側1本の
場合平行板バネ構造を崩すことになり、スイッチベース
の法線方向を軸とした可動部材の回転が発生し易い。こ
の対策には図６に示すように、上側２本の構造が好まし
い。また、図７のように光ファイバを強固に固着するた
めに押さえ７２を固定部材に設けても良い。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の光ス
イッチを説明する。図１は本発明の１実施形態に係る光
スイッチの斜視図。また、図２は基板２７、固定部材２
３、静止部材３１、可動部材２９、固定部材と可動部材
を連結した送受信用の光ファイバ４１、前記光ファイバ
４１と送受信を行う静止部材に設けられる光ファイバ３
４および傾斜防止用の防止部材６０を示した光スイッチ
の模式図である。図３は本発明の別の１実施例であり、
傾斜防止用ファイバー６０に傾斜防止用と光伝送用ファ
イバーの両方の機能を持たせ、傾斜防止用ファイバー６
０の光路上に光伝送用ファイバー３４ｂを付加したもの
である。図４は、可動部材２９が固定部材の両端に計２
つ設けられたものであり、光切替の手段が各々両方の部
分で行われるものである。

【００１４】図１に記載の本発明を適用する光スイッチ
の一実施形態を詳細に説明する。この光スイッチは、筺
体２１内に、保持基板２７を備え、これを覆うように蓋
部材５１と筺体２１を接着剤を介して接合し、蓋部材５
１に設けた注入孔５３から屈折率整合剤を光スイッチ内
に充填した後、注入孔５３を封止板５２で密封するもの
である。ここで保持基板２７はその上に、入出力用の光
ファイバ４１を支持する固定部材２３と、光ファイバ４
１の先端部近傍を支持する可動部材２９と、前記光ファ
イバ４１と送受信を行う別の光ファイバ３４を支持する
ための静止部材３１とを備える。また、固定部材２３と
可動部材２９を橋絡するように防止部材６０を備える。
さらにこの保持基板上には、静止部材３１の後ろ側に接
して配置させた永久磁石３３と、永久磁石３３に接合さ
せたコ字形状のヨーク３２と、このヨーク３２の両方の
先端部の各々に設けた先端ヨーク２８及び３６と、可動
部材２９と静止部材３１と永久磁石３３とヨーク３２と
先端ヨーク２８及び３６からなる磁気回路に磁界を印加
する導電コイル３０及び３５とを有する。さらに、基板
となる筺体２１には、直列接続された導電コイル３０及
び３５から延びる導電線２６と３７を接続する電極膜２
４と３９と、これら電極膜と導通する電極ピン２２と４
０を備える。導電線と電極膜とはハンダ２５及び３８と
で固着される。また、静止部材３１にはガイドピンが突
出して固着され、前記可動部材２９はこのガイドピンに
摺動するように静止部材に対して平行移動する。

【００１５】（実施例１）図２に図１の構成における入
力部が２端子、出力部が２端子の２×２型の光スイッチ
構成の模式図を示す。セラミックスの筺体２１と、光フ
ァイバ切替手段と、蓋部材５１等は図１の光スイッチの
構成を基本とする構成とした。固定部材２３と可動部材
２９の間を光伝送用の光ファイバで連結し、梁構造とし
た。また、全体を組み付けた際、固定部材２３と可動部
材２９の図２中の上端面が同じ高さになるように構成
し、お互いの上端面を橋絡するように傾斜防止用の防止
部材６０を設けた。さらに、可動部材２９をＹ軸方向に
動かす磁気アクチュエータを備えた。これにより可動部
材２９を静止部材３１に対して揺動し、静止部材３１に
固定した入出力用の光ファイバ３４と固定部材に固定し
た伝送用の光ファイバ４１とで光切替を行う。

【００１６】前記構成の光スイッチでは固定部材２３お
よび静止部材３１に各々２本の光ファイバーが配置され
る。光ファイバ４１の最先端部は可動部材２９から静止
部材３１側に若干突出するようにした。また、光ファイ
バ３４の最先端部は静止部材３１から可動部材２９側に
若干突出するようにした。可動部材から突出した光ファ
イバ最先端部と静止部材から突出した光ファイバ最先端
部の間のファイバ間ギャップは０．００１〜０．０３０
ｍｍの幅を介して光伝送されるように配置した。ファイ
バ間ギャップを０．００５〜０．０２０ｍｍとすると施
行上さらに好ましい。

【００１７】実施例１に記載した光スイッチにおいて、
磁気アクチュエータを作動させた際の静止部材３１を基
準面とした可動部材２９の傾斜を測定した。図８に示す
ように、静止部材３１から可動部材２９にかけて平坦度
を測定し、そのプロファイルにおいて静止部材３１を基
準面（Ａ）として補正し、その時の可動部材２９の傾斜
（θ）を評価した。実施例１における光スイッチ２０個
に対し、傾斜（θ１）の測定結果を表１に示す。傾斜θ
１は０．０５°以内に押さえられており、結果挿入損失
も０．５ｄＢ以下と低く、かつばらつきが０．２ｄＢ以
内であることを確認した。

【００１８】

【表１】

【００１９】（比較例）図８に入力部が２端子、出力部
が２端子、の２×２型の光スイッチ構成のループ光ファ
イバの１配置例を示す模式図を示す。比較例においては
実施例１と異なり、防止部材６０を設けず、光ファイバ
は可動部材２９の揺動方向に沿って２本のみとした。他
は実施例１と同様の形状とした。表１に比較例での光ス
イッチ２０個に対し、傾斜θ（θ５）を併記する。傾斜
θ５は０．１4°以上であり、それにともなって光スイ
ッチの挿入損失は実施例１と比較して大きく、ばらつき
も大きいものだった。

【００２０】（実施例２）可動部材の断面形状が図６に
示したものを使用した。セラミックスの筺体２１と、光
ファイバ切替手段と、蓋部材５１等は図１の光スイッチ
の構成を基本とする構成とした。固定部材２３と可動部
材２９の間には２本の伝送用光ファイバ４１とその光フ
ァイバ４１の裏面の位置に防止部材である光ファイバ６
０を２本設けた。模式図としては図２と同様である。

【００２１】実施例２に記載した光スイッチにおいて、
磁気アクチュエータを作動させた際の静止部材３１を基
準面とした可動部材２９の傾斜を測定した。実施例２に
おける光スイッチ２０個に対し、傾斜（θ２）の測定結
果を表１に示す。傾斜θ２は０．０３°以内に押さえら
れており、結果挿入損失も０．４ｄＢ以下と低く、かつ
ばらつきが０．３ｄＢ以内であることを確認した。

【００２２】（実施例３）可動部材の断面形状が図７に
示したものを使用し、入力部が３端子、出力部が６端子
の３×３型の光スイッチを製造した。図３に模式図を示
す。セラミックスの筺体２１と、光ファイバ切替手段
と、蓋部材５１等は図１の光スイッチの構成を基本とす
る構成とした。固定部材２３と可動部材２９の間には下
側に２本の光ファイバ４１と上側に１本の光ファイバ６
０を設け、橋絡した。本発明の場合、図番は他の図との
関係から下側と上側の光ファイバでは異なっているが、
機能的には両者とも光伝送用部品であり、かつお互いが
張力によって可動部材を固定している為、傾斜の防止部
材としての役割も兼ねている。光ファイバ切替手段は、
実施例１と同じ構成とした。また、静止部材３１には光
ファイバ４１から伝送される光を受け取るための出力用
光ファイバ３４ａと、光ファイバ６０から伝送される光
を受け取るための出力用光ファイバ３４ｂを設けた。さ
らに、固定部材、可動部材、静止部材の各上方には押さ
え７１、７２、７３を固着し、光ファイバと各部材の固
着強度を増加させた。

【００２３】前記構成の光スイッチでは静止部材３１に
は４本の並列に並んだ光ファイバ３４ａと２本の並列に
並んだ光ファイバ３４ｂが備えられる。本発明において
は固定部材２３側が入力端子であり、静止部材３１側が
出力端子となる。実施例１と同様に測定して実施例３の
光スイッチを２０個製造し、可動部材の傾斜θ（θ３）
を測定した。表１に併記する。傾斜θ３は実施例１とほ
ぼ同様の値が得られた。また、光ファイバの挿入損失を
可動部材の上側で設けたものと下側で設けたものとで比
較したが、ほぼ同じ値が得られた。

【００２４】（実施例４）可動部材の断面形状が図６に
示したものを使用し、入力部が１端子、出力部が４端子
の１×４型の光スイッチを製造した。図４に模式図を示
す。本発明においては固定部材２３を中心に、左右対象
に可動部材２９、静止部材３１、磁気アクチュエータを
用いた。また、入力側を図面左側として１本の入力用光
ファイバ３４ｃを静止部材３１ｃに設けた。また、ガイ
ドピン４２ｃを一端部が突出するように固着した。前記
ガイドピン４２ｃに対して摺動するように可動部材２９
ｃを設け、入力用光ファイバ３４ｃから２本の伝送用光
ファイバ４１に信号が切り替わるようにした。前記可動
部材２９ｃは固定部材２３から延在された光ファイバを
梁とした片持ち梁構造となっている。伝送用光ファイバ
４１は可動部材２９ｃで一端を固定され、かつ固定部材
２３で１部固定され、そのまま反対側の可動部材２９ｄ
まで延在して他端部が固定されている。可動部材２９ｄ
も可動部材２９ｃと同様に伝送用光ファイバ４１によっ
て片持ち梁構造となっている。また、可動部材２９ｃの
上面に一端部が固定され、途中で固定部材２３上面に固
定され、他端部が可動部材２９ｄの上面に固定されるよ
うに防止部材６０を各々橋絡した。可動部材２９ｄに固
定された伝送用光ファイバ４１は静止部材３１ｄに備え
られた４本の光ファイバ３４ｄに光を出力するように構
成した。可動部材２９ｄも静止部材３１ｄから一端を突
出して固着されたガイドピン４２ｄに対して摺動するよ
うに構成されている。

【００２５】実施例４の構成においては入力用光ファイ
バ３４ｃから入力された光は静止部材３１ｃとそれに対
して摺動する可動部材２９ｃとの間で２本の伝送用光フ
ァイバ４１のどちらかに切り替えられて伝送される。ま
た、伝送された光は可動部材２９ｄと静止部材３１ｄと
の間で同様に切りかえられ、静止部材３１ｄに固着され
た４本の出力用光ファイバ３４ｄのいずれかに切り替え
られて伝送し、出力される。

【００２６】実施例４に記載した光スイッチにおいて、
磁気アクチュエータを作動させた際の揺動面からの可動
部材の傾斜を測定した。実施例４における光スイッチ２
０個に対し、傾斜（θ４）の測定結果を表１に示す。傾
斜θ４は０．０５°以内に押さえられており、結果挿入
損失も０．８ｄＢ以下と低く、かつばらつきが０．３ｄ
Ｂ以内であることを確認した。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の構成を用
いることにより、可動部材の傾斜を防止することが可能
となり、低挿入損失が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光スイッチの１例を示す斜視図であ
る。

【図２】本発明の１実施形態に係る光スイッチの模式図
である。

【図３】本発明の別の１実施形態に係る光スイッチの模
式図である。

【図４】本発明の別の１実施形態に係る光スイッチの模
式図である。

【図５】本発明に用いる可動部材、入出力ファイバおよ
び防止部材のの一形態を示した模式図である。

【図６】本発明に用いる可動部材、入出力ファイバおよ
び防止部材の別の一形態を示した模式図である。

【図７】本発明に用いる可動部材、入出力ファイバおよ
び防止部材の別の一形態を示した模式図である。

【図８】従来の光スイッチの構成を示す模式図である。

【符号の説明】

２１ 筺体、２２ ４０ 電極ピン、 ２
３ 固定部材、２４ ３９ 電極膜、
２５ ３８ ハンダ、２６ ３７ 導電線、
２７ 保持基板、２８ ３６ 先端ヨーク、
２９ 可動部材、３０ ３５ 導電コイル、
３１ 静止部材、３２ ヨーク、
３３ 永久磁石、３４ 光ファイバー（入
出力用）、 ４１ 光ファイバー(入出力及び伝送
用）４２ ガイドピン、５１ 蓋部材、
５２ 封止板、５３ 注入孔、６０ 防止部
材、７１ ７２ ７３ 押さえ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、前記基板に設けられた光ファイ
   バを固定するための固定部材と、前記固定部材に固着さ
   れた弾性変形可能な伝送用の光ファイバと、前記固定部
   材に対して前記光ファイバを梁とした片持ち梁構造とな
   るように設けられた軟磁性材料からなる可動部材と、前
   記可動部材を揺動させるための磁気アクチュエータと、
   を少なくとも有し、前記可動部材が揺動運動することで
   光送信の切替を行う光スイッチにおいて、 前記固定部材と前記可動部材間に橋絡した防止部材を設
   けることを特徴とする光スイッチ。
2. 【請求項２】 前記光ファイバの固着面に対し、裏面側
   の前記固定部材と前記可動部材間に橋絡した防止部材を
   設けることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
3. 【請求項３】 前記防止部材に伝送用の光ファイバと同
   質の光ファイバを用いた請求項１または２に記載の光ス
   イッチ。
4. 【請求項４】 前記防止部材としての光ファイバは、前
   記伝送用光ファイバと同様に梁の役割を担う請求項３に
   記載の光スイッチ。
5. 【請求項５】 前記防止部材としての光ファイバには、
   前記伝送用光ファイバと同様に入出力用伝送部品の役割
   を兼ねさせた請求項３に記載の光スイッチ。